29.01.2010 г. появилась надежда, что и авиация России входит в ХХI век. Событие, произошедшее в этот день, можно без преувеличения назвать днем рождения военной авиации новой России, поскольку все, что поднималось в небо до сих пор, было создано на научно-технологическом и производственном потенциале Советского Союза. Истребитель нового поколения, спроектированный по принципиально новой, «безбумажной» технологии, освоенной ОКБ имени П.О. Сухого, должен стать предвестником новой эпохи в области создания, освоения и боевого применения авиации, авиации ХХI века.
За двадцать лет до этого, 29.09.1990 г. совершил свой первый полет опытный вариант первого истребителя пятого поколения YF-22. США с их огромным экономическим потенциалом потребовалось пятнадцать лет, чтобы 15.12.2005 г. официально объявить о формировании первого подразделения ВВС, достигшего уровня боевой готовности. За прошедшие четыре года серийного производства изготовлено 187 самолетов. Программа дальнейшего (!) производства приостановлена в связи с финансовым кризисом. Тем не менее, задача «неоспоримого преимущества американской тактической авиации над авиацией потенциального противника, оснащенной самыми новейшими истребителями», поставленная перед создателями «Рэптора» в концепции «принципиальной необходимости опережать на одно поколение самолеты любого военного противника США», успешно решена.
Совершенно очевидно, что первые испытательные полеты перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации (ПАК ФА) Т-50 – лишь начало долгого и сложного пути в процессе создания отечественного истребителя пятого поколения. Прогнозы, что Т-50 в 2015 г. поступят на вооружение ВВС России, представляются чересчур оптимистичными. Чтобы этот путь завершился успехом, необходимо решить целый комплекс сложнейших проблем.
Первой из таких проблем является достижение летных и особенно маневренных характеристик самолета, не уступающих аналогичным показателям F-22А. Здесь ключевой является задача обеспечения необходимого уровня тяговооруженности самолета. Необходимо завершить разработку ТРДДФ с тягой не менее 16 500–17 000 кг и удельными параметрами, соответствующими двигателю пятого поколения, чтобы реализовать следующие, характерные для истребителя пятого поколения, возможности:
• взлет с площадки длиной менее 300 м;
• вертикальный набор высоты с положительным ускорением до Н = 5000 м;
• выполнение установившихся маневров с перегрузками на пределе человеческих возможностей до Н = 4000 м;
• сверхзвуковой полет с М = 1,8 на бесфорсажном режиме работы силовой установки;
• достижение за две минуты после взлета скорости в 2,35 раза больше скорости звука на высоте 11 000 м;
• уничтожение через три минуты после взлета сверхзвуковой цели на высоте 20 000 м;
• успешное завершение маневренного воздушного боя с F-22А с вероятностью не менее 0,5.
Обеспечение высоких летных и пилотажных характеристик самолета, необходимого уровня безопасности полета, невозможно без высокого аэродинамического совершенства конструкции, обеспечения требований к устойчивости и управляемости, что достигается высокой степенью автоматизации системы управления летательного аппарата и интегрированием в неё управления вектором тяги двигателей.
Сверхвысокие маневренные возможности самолета предполагают длительное воздействие на летчика высоких перегрузок в широком диапазоне скоростей и высот, что требует усовершенствования системы жизнеобеспечения, внедрения новых более эффективных противоперегрузочных мероприятий. Летчик-истребитель должен сохранять работоспособность на всех этапах боевого полета. Психофизические возможности человека должны соответствовать возможностям авиационной техники и не ограничивать их.
Второй глобальной проблемой для боевой авиации пятого поколения является информационное обеспечение, а именно:
• возможность получения достоверной информации о противнике;
• передача, обмен и автоматизированная обработка информации в реальном масштабе времени;
• представление летчику в удобном виде в нужное время необходимой информации для принятия технически грамотных и эффективных тактических решений, подсказка этих решений в случае необходимости;
• максимальное снижение возможностей противника по получению достоверной информации разными способами, в том числе и за счет уменьшения заметности летательного аппарата.
Эта проблема предполагает решение задач в трех направлениях. Первое – это создание конструкции самолета и авиационных материалов, снижающих до минимума эффективную площадь рассеивания электромагнитной энергии, ИК-излучение и визуальную заметность.
Второе – это создание информационных технических систем. Многорежимной бортовой РЛС с активной фазированной антенной решеткой (АФАР), способной на дальности до 200 км обнаруживать воздушные цели с эффективной площадью рассеивания до 1 м2. Оптиколокационной станции кругового обзора, способной получать ИК- и видео изображение воздушных объектов. Станций радиотехнической разведки, постановки активных и пассивных помех. Помехоустойчивых линий приема-передачи кодированной информации. Бортового вычислительного комплекса с высоким быстродействием и большим объемом памяти.
Данные системы должны снабжать летчика исчерпывающей информацией, поступающей из различных источников, о воздушных и наземных целях, представляющих угрозу, либо являющихся объектом атаки. Обеспечивать скрытое взаимодействие различных летательных аппаратов, вплоть до применения оружия в режиме радиомолчания и по целеуказанию от других самолетов.
Третье направление – это разработка алгоритмического обеспечения или искусственного интеллекта, способного на основе анализа всей доступной информации осуществлять:
• идентификацию различных воздушных и наземных объектов, включая летательные аппараты, управляемые ракеты «воздух–воздух» и «земля–воздух», средства ПВО;
• оценку потенциальных угроз и их ранжирование по времени возникновения;
• выработку тактических рекомендаций летчику и команд управления соответствующим системам для минимизации возникших угроз, вплоть до автоматического управления самолетом и бортовым комплексом обороны при реализации помехового, маневренного и огневого противодействия противнику;
• оценку текущего боевого потенциала самолета с учетом возможностей и количества вооружения, остатка топлива, исправности бортовых систем и выработку тактических рекомендаций летчику с учетом взаимодействия с другими самолетами.
Сверхзадачей информатизации боевых действий является создание глобальной информационной сети на основе наземных, воздушных, космических и индивидуальных бортовых средств, обеспечивающей командиров всех уровней максимально достоверной информацией о текущем положении сил и средств противника и своих собственных. Должен быть реализован принцип сетецентричности каждого боевого средства. Каждый боевой летательный аппарат одновременно является поставщиком информации в сеть и её потребителем, в объеме, необходимом для эффективного решения текущей боевой задачи.
Данная сверхзадача шире проекта истребителя пятого поколения, но без её решения самолет с самыми высокими летными характеристиками может быть внезапно атакован противником и потерпит поражение, не успев проявить свои замечательные качества.
Появление нового поколения самолетов-истребителей должно сопровождаться разработкой нового авиационного вооружения, обладающего рядом особых качеств. Управляемые ракеты «воздух–воздух» должны располагать:
• комбинированной системой самонаведения, с возможностью получения информации о цели на основе разных физических принципов, обеспечивающей максимальную автономность управления ракетой после пуска и высокую помехоустойчивость;
• способностью распознавания типа цели, отличия реальной цели от ложной, более важной от менее важной с возможностью перенацеливания ракеты по команде извне или на основе функционирования бортового алгоритма;
• способностью эффективно поражать летательные аппараты всех типов, включая управляемые ракеты «воздух–воздух» и «земля–воздух» средней и большой дальности при минимально жестких ограничениях на параметры движения самолета-носителя в момент пуска;
• перепрограммируемой многорежимной силовой установкой, способной рационально расходовать по времени полета суммарный импульс тяги, обеспечивая максимальную энерговооруженность ракеты на этапе наиболее энергичного маневрирования.
Артиллерийская установка является равноправным видом вооружения истребителя, весьма эффективным в ближнем бою. Она должна отвечать следующим требованиям: скорострельность не менее 6000 выстрелов в минуту; боекомплект не менее 500 патронов; эффективная прицельная дальность стрельбы по маневрирующей воздушной цели не менее 600…800 м. Бортовой прицельно-вычислительный комплекс истребителя должен обеспечивать возможность автоматической стрельбы по цели, кратковременно оказавшейся в зоне эффективного огня. Артиллерийское вооружение самолета должно быть приспособлено для автоматического поражения или постановки помех управляемым ракетам, атакующим истребитель в переднюю полусферу.
Очевидно, что для решения всех этих сложнейших задач необходимы высококвалифицированные отечественные научные и конструкторские кадры, современная опытно-производственная база и их стабильное финансирование государством. Отсутствие любого из этих факторов приведет к тому, что Т-50 повторит судьбу другой разработки ОКБ им. П.О. Сухого – Су-34, который уже более 20 лет существует в количестве нескольких опытных экземпляров, а полномасштабное серийное производство этого самолета так и не начато. Между тем парк фронтовых бомбардировщиков Су-24, которых должен был заменить Су-34, в ближайшие годы прекратит свое существование по чисто физическим причинам (так долго во фронтовой авиации не живут!).
Любая самая совершенная разработка ОПК превращается из экспоната авиасалона в систему вооружения и элемент обороны страны только тогда, когда значительное количество воинских частей, укомплектованное высокопрофессиональным личным составом, освоило эксплуатацию и боевое применение данной боевой техники, то есть достигло уровня боевой готовности.
Между тем в нашей стране развивается кризис непрофессионализма, куда более страшный, чем кризис финансовый. Поскольку любые проблемы решаются людьми-профессионалами, то, если их нет, никакое количество денег проблему не решает! Разрушение ГЭС, взрывы шахт, поражение на олимпийских играх, экономическая отсталость, катастрофы гражданских воздушных судов по вине экипажей и т.д. – все это яркие проявления кризиса непрофессионализма. Особенно он недопустим в военном деле, в области обороны страны, поскольку его проявление может стать катастрофическим.
Главнокомандующий ВВС в 1970–1980-е годы Главный маршал авиации Павел Степанович Кутахов, при котором была создана боевая авиационная техника, которую мы до сих пор с гордостью демонстрируем и продаем по всему миру, считал, что летчик, управляющий боевым авиационным комплексом третьего и тем более четвертого поколения, должен иметь знания инженера и при обучении должен слушать лекции преподавателей с учеными степенями. А наземный авиационный специалист, поддерживающий эту технику и вооружение в постоянной исправности и боевой готовности, должен иметь высшее инженерное образование. Нынешнее наше военное руководство считает, что авиатехнику пятого поколения можно доверить сержанту с образованием на уровне механика из автосервиса.
Президент страны – Верховный Главнокомандующий – постоянно указывает на необходимость улучшения образования, модернизацию экономики. Правительство разрабатывает программы строительства российской «Силиконовой долины», возвращения на родину российских ученых, работающих за границей, ликвидации утечки мозгов. В это же время в Вооруженных силах ликвидируются учебные заведения, которые десятки лет успешно решали именно эти задачи: давали образование и создавали научные школы на уровне и выше мировых стандартов. Военные ученые и преподаватели, которые в годы всевозможных кризисов остались верны своей профессии и своей стране, сейчас в массовом порядке увольняются из армии.
Так, первое в истории авиации высшее учебное заведение – Военно-воздушная инженерная академия имени профессора Н.Е.Жуковского (ныне ВВА имени Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина) рискует не дожить до своего 90-летнего юбилея в ноябре этого года. Если это произойдет, то подготовка квалифицированных военных авиационных инженеров, научных и педагогических кадров в области военной авиации в России будет прекращена, научные школы потеряны. То, что создавалось несколькими поколениями ученых и сейчас с легкостью разрушается, завтра не удастся купить за любые деньги нигде!
Наш южный сосед в Азии, напротив, быстро впитывает знания и наращивает свой научный, производственный и оборонный потенциал. Руководство КНР рассматривает модернизацию своих военно-воздушных сил в качестве одной из приоритетных задач военного строительства. Наряду с закупкой современной авиационной техники и лицензий на ее производство в России важнейшим направлением этой модернизации является создание собственных образцов боевых самолетов новых поколений.
В качестве основных направлений военно-технической политики Китая на период до 2025 года приняты следующие:
• развитие национальной технологической базы, необходимой для разработки и производства перспективного вооружения и военной техники (ВВТ), сокращения существующего отставания в развитии ВВТ от ведущих зарубежных стран;
• расширение производства образцов ВВТ собственной разработки, повышение качества создаваемого ВВТ, сокращение сроков разработок и испытаний новых видов авиационной техники;
• обеспечение внедрения перспективных военных технологий, приобретаемых за рубежом, во вновь создаваемые и модернизируемые образцы ВВТ;
• разработка перспективных оборонных технологий, которые позволят обеспечить самостоятельное создание перспективных образцов ВВТ.
Для реализации этих планов в 2010 году доля средств, выделяемых на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, возрастет до 15% от общих военных расходов Китая, которые, по некоторым данным, достигают 2,5% постоянно растущего, невзирая на кризисы, валового национального продукта.
Авиационные специалисты Китая от примитивного копирования иностранных образцов переходят к созданию собственных разработок на уровне авиатехники четвертого поколения.
В СМИ появляются сообщения об интенсивном проведении в КНР работ по созданию истребителя пятого поколения, приводятся фотографии и некоторые технические характеристики. Попробуем дать предварительную оценку летных характеристик и боевых возможностей такого самолета с предполагаемым названием «Цзянь-14».
В табл. 1 приведены опубликованные геометрические и расчетные массовые характеристики данного летательного аппарата.
При заданных геометрических параметрах вряд ли удастся создать конструкцию массой пустого снаряженного самолета менее 16500 кг. Отсюда нормальная взлетная масса самолета при решении истребительных задач будет составлять около 25 000 кг, а посадочная – порядка 18 000 кг.
Учитывая также, что авиационные специалисты и уровень технологий в области двигателестроения Китая пока не достигли мирового уровня, вряд ли китайским коллегам удастся самостоятельно создать силовую установку по типу двигателей Pratt&Whitney F119-PW-100 или F135-PW-600. Скорее всего, основу силовой установки перспективного китайского истребителя будет представлять дальнейшее развитие двигателя АЛ-31Ф по типу изд.117С.
Проведем «летные» испытания такого самолета с использованием методов математического моделирования, предполагая, что аэродинамические характеристики «Цзянь-14» близки к аналогичным характеристикам F-22А. Результаты таких испытаний по определению летно-технических характеристик приведены в табл. 2.
Анализ полученных данных показывает, что если китайским коллегам удастся снизить лобовое сопротивление самолета, особенно в области транс- и сверхзвуковых скоростей, то силовая установка в составе двух ТРДДФ типа изд.117С обеспечивает возможность полета истребителя с числом Маха М 1,25 в диапазоне высот 7–10 км, достигая Ммакс. = 1,41 без использования форсированных режимов работы двигателей (РРД). Тяговооруженность и аэродинамическое качество самолета обеспечивают ему существенное преимущество в маневренных возможностях
(Vу*.макс., nх макс., nу ПР.) перед любым современным истребителем четвертого поколения.
Если же китайским авиаконструкторам удастся реализовать ряд конструктивных мероприятий, то радиолокационная заметность самолета будет значительно снижена и «Цзянь-14» по ряду основных признаков будет соответствовать истребителю пятого поколения. Для этого необходимо следующее:
• использование V-образного вертикального оперения;
• размещение основного варианта вооружения во внутренних отсеках фюзеляжа;
• параллельность всех кромок аэродинамических поверхностей, являющихся переотражателями РЛ-излучения;
• исключение воздушных тормозов из состава органов управления и возложение этих функций на рули направления;
• каплевидный фонарь кабины летчика целиковой конструкции без металлических конструктивных элементов;
• оребренность всех створок и лючков на поверхности планера, попадающих в зону облучения РЛС противника.
• изогнутая конфигурация воздушных каналов воздухозаборников, исключающая видимость рабочих лопаток компрессоров двигателей через воздухозаборники;
• наклонное положение антенной решетки РЛС, исключающее переотражение облучения в сторону его источника;
• размещение антенн радиочастотных датчиков информации в местах, исключающих прямое переотражение облучения РЛС противника.
Для оценки боевых возможностей «Цзянь-14» проведено математическое моделирование одиночного ближнего воздушного боя с истребителем типа F-22А. Воздушный бой начинался и протекал на средних и малых высотах при начальной скорости 1000–1100 км/ч из нейтральной тактической ситуации, исключающей позиционное преимущество одного из противников. Было промоделировано 500 различных вариантов воздушного боя. В качестве вооружения каждый истребитель имел по четыре ракеты «воздух–воздух» малой дальности и артиллерийскую
установку: одноствольную пушку калибра
30 мм с боекомплектом 150 патронов – «Цзянь-14»; шестиствольную пушку калибра 20 мм с боекомплектом 500 патронов – F-22А.
Среднестатистические показатели эффективности истребителей приведены в табл. №3. Результат каждого поединка оценивался по разности вероятностей сбития противников, накопленной за 90 секунд боя. Вероятность сбития (Wсб) рассчитывалась с учетом количества и последовательности произведенных противниками атак с использованием всех видов вооружения. Если разность вероятностей сбития (Wсб2 - Wсб1) в конце боя была положительной, победа записывалась на счет «Цзянь-14» (истребитель №1), если разность оказывалась отрицательной, победа записывалась на счет F-22А (истребитель №2).
Эффективность каждой ракетной атаки (Wпром., Wпор.) оценивалась по результатам моделирования динамики относительного движения ракеты и цели. Вероятность поражения самолета рассчитывалась по результатам моделирования воздействия боевой части ракеты на конструкцию летательного аппарата в случае попадания ракеты в область цели, гарантирующей срабатывание взрывателей.
Эффективность атаки с применением артиллерийского вооружения (WА) оценивалась с учетом калибра и количества снарядов, способных попасть в цель за время стрельбы, а также с учетом влияния на точность прицеливания нормальной перегрузки, действующей на летчика.
Анализ результатов моделирования воздушного боя (табл. 3) показывает, что по основному показателю эффективности – вероятности победы (WП) китайский истребитель существенно уступает истребителю ВВС США. «Цзянь-14» завершает поединок в свою пользу лишь в 28% воздушных боев, в то время как у F-22A вероятность победы WП 2 = 0,68.
Физическая причина такого результата становится понятной при сравнении ряда технических характеристик китайского и американского истребителей, приведенных в табл. 4.
Самолет «Цзянь-14» имеет большую нагрузку на крыло (р), поэтому при маневрировании с равными перегрузками он вынужден использовать большие углы атаки, что приводит к росту лобового сопротивления. В сочетании с меньшей тяговооруженностью (µ) во всем диапазоне скоростей маневрирования это приводит к снижению положительного избытка тяги и уменьшению располагаемых перегрузок: тангенциальной (nх макс.) и нормальной предельной по тяге силовой установки (nу ПР.). В итоге F-22A быстрее разворачивается при маневре, медленнее теряет скорость, быстрее разгоняется и набирает высоту, что позволяет ему с течением времени наращивать свое тактическое преимущество и чаще выходить в условия применения оружия.
Так, по соотношению атак (n1/n2) и эффективных ракетных атак (n1 эфф./n2 эфф.) видно (табл. 3), что F-22A в три раза чаще китайского истребителя применял ракетное вооружения и в три раза чаще поражал цель. Благодаря преимуществу в маневренности и большему боекомплекту артиллерийской установки американец в десять раз чаще вел огонь из пушки (nА1/nА2). А благодаря существенно большей скорострельности пушки М61 «Вулкан» этот огонь был значительно эффективней (WА 1 = 0,04;
WА 2 = 0,14).
Для наглядного представления динамики изменения тактической ситуации в течение боя на рис. 1 показаны проекции траекторий движения самолетов на горизонтальную плоскость с отметками текущего времени, моментов применения вооружения и поражения цели с указанием эффективности атаки одного из 500 вариантов развития воздушного боя.
Истребители «Цзянь-14» и F-22A начинают бой разворотами на противника с максимальной располагаемой перегрузкой. На 17-й секунде маневрирования практически одновременно оба самолета выходят в условия применения управляемых ракет и на дальности около 1250 м обмениваются ударами. Спустя две секунды ракеты поражают цели (Wпор.1 = 0,69; Wпор.2 = 0,75).
Дальнейшее течение боя, благодаря превосходству в маневренности, проходит с постепенным нарастанием тактического преимущества F-22A. На 37-й секунде, находясь на удалении 2200 м от цели при курсовом угле атакующего q = 820, «Рэптор» произвел второй пуск ракеты, которая спустя 4,5 секунды поразила цель с Wпор.2 = 0,87.
На 44-й секунде американским истребителем произведен третий неудачный пуск (D = 925 м; q = 850). На 52-й секунде F-22A израсходовал запас ракет малой дальности, произведя четвертую атаку с дальности 960 м при q = 1540, которая завершилась поражением цели с Wпор.2 = 0,48.
В дальнейшем американец занял устойчивое положение в задней полусфере «Цзянь-14» и на 73-й секунде, сблизившись до дальности около 600 м, разрядил свою пушку по китайскому истребителю. Вероятность поражения цели с учетом точности прицеливания при nу≈3 составила WА 2 = 0,12. В итоге при разности вероятностей сбития Wсб2 – Wсб1 = -0,16 победу одержал F-22A.
Данный типичный пример показывает, как преимущество в маневренности трансформируется в победу в ближнем маневренном воздушном бою.
Таким образом, несмотря на то, что «Цзянь-14» по ряду признаков соответствует самолету пятого поколения, по своим боевым возможностям он существенно уступает единственному на сегодня истребителю ХХI века – F-22A «Рэптор». Из этого можно сделать вывод, что если Т-50 в ближайшие годы не получит новый двигатель пятого поколения, то нам придется конкурировать в области создания истребителей не с США, а с Китаем. Причем, учитывая быстро растущую квалификацию китайских авиационных специалистов, динамично развивающуюся промышленность и большую заинтересованность китайского государства в укреплении своих вооруженных сил, результаты этой конкуренции могут оказаться не в нашу пользу.
Китай имеет все основания в ближайшие десять лет не просто стать членом элитного клуба государств, способных самостоятельно разрабатывать и в нужном количестве производить боевые самолеты, но и потеснить в нем Россию.
Сергей ЛЕВИЦКИЙ,
доктор технических наук,
профессор
Опубликовано в журнале «Авиапанорама» №3-2010
